I pionieri dei BUCHI NERI

Chiunque abbia visto il decollo della navetta space Shuttle, anche solo in televisione , è consapevole della sforzo enorme che occorre per mandare in orbita stabile attorno alla terra un corpo che si trova sulla sua superficie . E' necessario uno sforzo ancora maggiore perchè lo stesso corpo possa sfuggire dal campo gravitazionale terrestre e viaggiare attraverso il sistema solare. Le famose sonde spaziali Voyager ad esempio, che inviarono immagini spettacolari di Giove ed altri pianeti esterni. Il modo migliore per misurare lo sforzo necessario ad abbandonare la Terra è di considerare la velocità a cui viaggia un corpo in fuga .Esso, per riuscire ad abbandonare la superficie di una sorgente gravitazionale ,lunga una traiettoria verticale, deve superare una soglia critica. detta velocità di fuga. Se con una bacchetta magica potessimo aumentare la densità della Terra accrescendone la massa ma conservando inalterarate le sue dimensioni, il valore della velocità di fuga aumenterebbe. Anche se grandi astri come Giove o il Sole hanno una massa maggiore di quella del nostro pianeta, essa è distribuita in um volume più grande, in quanto il loro raggio è maggiore di quello della Terra. Poichè l'intensità della forza gravitazionale decresce secondo l'inverso del quadrato della distanza dal centro dei corpi, la forza di gravità di quei grandi astri è più diluita. Ciò significa che la velocità di fuga di un pianeta più grande e più massivo del nostro non è solo proporzionalmente maggiore alla velocità di fuga della superficie terrestre , ma dipende anche dalla densità del pianeta.

BUCO NERO: In astrofisica, oggetto celeste che esercita un'attrazione gravitazionale così intensa da impedire alla materia e anche alla luce (o a qualunque altra radiazione elettromagnetica) di allontanarsi da esso: in questo senso, non emette luce ed è quindi nero. In un buco nero. la materia è estremamente addensata in una regione di spazio relativamente piccola, tanto che, in teoria, la sua massa può essere considerata riunita in un punto. Un buco nero. è caratterizzato da una superficie immaginaria il cui raggio è direttamente proporzionale alla massa; un buco nero. di massa pari a quella del Sole avrebbe un raggio di 3 km, mentre per una massa pari a quella della Terra il raggio sarebbe di solo 1 cm.

La curvatura dello spazio-tempo

 

Problemi vari con le parallele.Come una mosca fornì ad un filosofo pigro la chiave per studiare le curve. Come usare la geometria per curvare lo spazio e chiudere l'Universo. La geometria nella relatività. Perchè le asticelle della majorettes spiegano la teoria della relatività. l'Universo come u foglio di gomma. La riscoperta dei buchi neri.

Perchè è possibile viaggiare nel tempo...

I fisici hanno scoperto la legge di natura che previene i paradossi del viaggio temporale e perciò permette il viaggio nel tempo. E’ risultato che fosse la stessa legge che assicura il viaggio della luce in linea diretta e che rafforza la versione più esplicita della teoria quantistica, sviluppata mezzo secolo fa da Richard Feynman.

I relativisti hanno cercato di venire a patti col viaggio temporale nell’arco dell’ultimo decennio da quando Kip Thorne e i suoi colleghi al Caltech scoprirono (con loro grande sorpresa) che non c’era nulla nelle leggi della fisica (soprattutto nella teoria generale della relatività) che lo proibisse. Tra i differenti modi in cui le leggi permettono che esista una macchina temporale, quella che è stata studiata matematicamente in modo più estensivo è quella del "wormhole". Si tratta di una specie di tunnel attraverso lo spazio e il tempo che connette regioni differenti dell’Universo: differenti spazi e differenti tempi. Le due "bocche" del wormhole possono essere vicine l’una all’altra nello spazio, ma separate nel tempo, di modo che potrebbe essere usato come un tunnel temporale.

Costruire uno strumento del genere sarebbe molto difficile, comporterebbe la manipolazione dei buchi neri, ognuno con masse che sono molte volte superiori a quella del Sole. Ma è possibile pensare che potrebbero anche esistere naturalmente, sia su una scala del genere che su una scala microscopica.

La preoccupazione dei fisici sta nel fatto che questa cosa potrebbe far sorgere dei paradossi, una cosa a cui gli appassionati di fantascienza sono familiari. Per esempio un viaggiatore temporale potrebbe andare indietro nel tempo e causare accidentalmente (o anche in modo deliberato) la morte della propria nonna, cosicché non potrebbe mai nascere né la mamma del viaggiatore né il viaggiatore stesso. E’ difficile descrivere matematicamente le persone, ma il paradosso equivalente nei calcoli dei relativisti vede una palla da biliardo che entra in una bocca del wormhole, emerge nel passato dall’altra bocca e si scontra con l’altra se stessa che sta entrando nella prima bocca, di modo che viene deviata e non entra nel tunnel temporale. Ma, naturalmente, ci sono molti possibili viaggi "auto compatibili " attraverso il tunnel in cui le due versioni della palla da biliardo non si disturbano una con l’altra.

Se il viaggio temporale è realmente possibile (e dopo un decennio di studi intensivi tutte le prove affermano che lo sia) si pensa che dovrebbe esserci una legge di natura per prevenire il sorgere di tali paradossi e per permettere i viaggi auto compatibili attraverso il tempo.

Ha a che fare con qualcosa conosciuto come Principio di azione minima ed è conosciuto, in una forma o in un’altra, fin dagli inizi del diciassettesimo secolo. Descrive le traiettorie delle cose, come il cammino di un raggio di luce da A a B, o il volo di una palla lanciata attraverso una finestra da un piano alto. Ed ora sembra anche la traiettoria di una palla da biliardo attraverso un tunnel temporale. Azione, in questo senso, sta nel misurare sia l’energia impiegata nell’attraversare il sentiero che il tempo impiegato. Per la luce (che è sempre un caso speciale), tutto si riduce al tempo soltanto, cosicché il principio di azione minima diventa il principio di tempo minimo, che indica il perché la luce viaggi in linea diritta.

Si può vedere come funziona questo principio quando una luce da una sorgente nell’aria entra in un blocco di vetro, dove viaggia ad una velocità minore di quella nell’aria. Allo scopo di andare dalla fonte A fuori dal vetro al punto B interno al vetro nel più breve tempo passibile, la luce deve viaggiare in linea retta fino al bordo del vetro, poi deviare di un certo angolo e poi viaggiare in un’altra linea retta (ad una velocità più bassa) fino al punto B. Viaggiare per un qualsiasi percorso diverso impiegherebbe più tempo.

L’azione è una proprietà dell’intero percorso e in qualche modo la luce (o la "natura") sa sempre come scegliere il sentiero più economico o più semplice per raggiungere i propri fini. In un modo simile il principio di azione minima può essere usato per descrivere l’intero percorso curvo della palla lanciata attraverso una finestra, una volta che venga specificato il tempo per il percorso. Anche se la palla può essere lanciata a velocità differenti su traiettorie differenti (più alte e più lente, o più piatte e più veloci) e va comunque attraverso la finestra, sono possibili solo traiettorie che soddisfino il Principio dell’azione minima. Novikov e i suoi colleghi hanno applicato lo stesso principio alle "traiettorie" delle palle di biliardo attorno all’anello temporale, sia con che senza il caso di "auto collisione" che porta ai paradossi. In un tour de force matematico hanno mostrato che in entrambi i casi solo soluzioni auto compatibili delle equazioni soddisfacevano al principio di azione minima o, stando alle loro parole, "l’intero insieme di traiettorie classiche che sono auto compatibili globalmente si può ricuperare semplicemente imponendo il principio di azione minima.

La parola "classico" in questa connessione indica che non hanno ancora provato ad includere le leggi della teoria quantistica nei loro calcoli. Ma non c’è ragione di pensare che ciò possa alterare le conclusioni. Feynman, che era incantato dal principio di azione minima, formulò la fisica quantistica interamente sulle basi di esso, usando quella che è conosciuta come la "somma delle storie" o formulazione del "sentiero integrale", perché, come un raggio di luce apparentemente fiuta il percorso migliore da A a B, tiene conto di tutte le possibili traiettorie nel selezionare la più efficace.

Così l’auto compatibilità è una conseguenza del Principio di azione minima e si può pensare che la natura aborrisca un paradosso da viaggio temporale. Il che rimuove l’ultima obiezione dei fisici al principio del viaggio temporale, e passa la mano agli ingegneri per continuare il lavoro di costruzione di una macchina del tempo.

 

Il viaggio nel tempo vediamo in breve cosa potrebbe accadere...

La domanda cruciale è questa: quando Serena ritorna nel 1934, è o non è in grado di far terminare prematuramente la storia d'amore dei suoi nonni?

Ciascuna delle due risposte crea problemi.

Se Serena può impedire la propria nascita, vi è una contraddizione; se non può, allora questa incapacità appare illogica: che cosa impedisce a Serena di comportarsi come vuole?

Dobbiamo forse immaginare che sia colta da una strana paralisi ogni volta che tenta di mettere in pratica determinate intenzioni?

Situazioni come questa una versione addolcita del classico paradosso in cui il nonno è assassinato dal nipote tornato indietro nel tempo sono spesso considerate una prova dell'impossibilità del viaggio nel tempo.

E tuttavia, contrariamente al senso comune, le leggi della fisica non proibiscono simili avventure.

Il viaggio nel tempo consentirebbe altri strani fenomeni?

Certo!, consentirebbe anche un altro strano fenomeno che chiameremo separazione asimmetrica. Supponiamo che il ragazzo di Serena, Stefano, rimanga indietro quando lei usa la macchina del tempo in uno dei modi che abbiamo descritto.

In metà degli universi Serena vi entra e non ritorna; così, dal punto di vista di Stefano, esiste la possibilità di una separazione da lei.

Metà delle versioni di lui vedrà Serena partire per non tornare mai più.

(L'altra metà sarà raggiunta da una seconda Serena.)

Dal punto di vista di Serena, però, non vi è mai una possibilità di separazione da Stefano, perché ogni versione di lei finirà in un universo contenente un'altra versione di lui

(anche se dovrà dividere questa versione di lui con un'altra versione di se stessa).

Se Stefano e Serena si mettono d'accordo per seguire un piano simile a quello descritto prima - entrare nella macchina del tempo se e solo se l'altro non ne esce prima possono separarsi completamente e andare a finire in universi differenti.

Se eseguissero progetti ancora più complessi, ognuno di loro potrebbe ritrovarsi in compagnia di un numero variabile di versioni dell'altro.

Qualora il viaggio nel tempo fosse effettuabile a grande scala, ipotetiche civiltà galattiche potrebbero sfruttare la separazione asimmetrica per giungere a dominare un'intera galassia.

Una civiltà potrebbe addirittura "donare" interamente se stessa in un numero qualsiasi di copie, proprio come ha fatto Serena.

Quanto più spesso ciò accade, tanto più è probabile che un osservatore veda la civiltà sparire dall'universo in cui si trova, proprio come Stefano vede svanire Sonia dall'universo A quando il "clone" di lei appare nell'universo B.

Storia della scoperta dei buchi neri

1900
Max Plank scopre la radiazione di corpo nero.

1905
Con un articolo sulla radiazione di corpo nero, Albert Einstein dimostra la natura crepuscolare della luce.

1915
Tramite studi spettroscopici, Walter 8. Adams scopre che la debole compagna di Sino (cui èdovuta la lieve oscillazione del moto di Sirio) è una piccola stella calda e densa: una nana bianca.

1916
Einstein pubblica la teoria generale della relatività, formulando equazioni che descrivono la gravitazione.
Karl Schwarschild dimostra che esiste un valore del raggio di un oggetto in collasso per il quale le equazioni della gravità di Einstein diventano "singolari": il tempo sparisce e lo spazio diventa infinito.

1924
Einstein pubblica il lavoro di Satyendra Nath Bose sulla radiazione di corpo nero, sviluppando la meccanica statistica per una classe di particelle (tra le quali i fotoni).
Sir Arthur Eddington propone che la gravità possa strappare elettroni dalle orbite atomiche delle nane bianche.

1925
Wolfang Pauli formula il principio di esclusione, che stabilisce che certe particelle non possono occupare lo stesso stato quantico.

1926
Enrico Fermi e P.A.M. Dirac sviluppano la statistica quantistica per le particelle che obbediscono al principio di esclusione di Pauli (come elettroni e protoni). Quando vengono compresse, queste particelle si respingono reciprocamente, dando luogo alla cosiddetta pressione di degenerazione.

1930
Sfruffando la statistica quantistica e il lavoro di Eddington sulle stelle, Subrahmanyan chandrasekhar scopre che il limite di massa per le nane bianche è pari a 1,4 volte la massa del Sole e ipotizza che una stella di massa maggiore debba collassare nel nulla. Eddington si prende gioco di lui.

1932
James Chadwick scopre il neutrone, la cui esistenza spinge molti ricercatori a ipotizzare che le "stelle di neutroni" possano costituire un'alternativa alle nane bianche.

1939
Ispirato da conversazioni con i colleghi, Einstein cerca di abbattere il raggio di Schwarzschild una volta per tutte, concludendo, in un articolo comparso in "Annals of Mathematics", che l'esistenza dei buchi neri è impossibile.

1939
Usando i concetti di stelle di neutroni in collasso e nane bianche, J. Robert Oppenheimer e il suo allievo Hartland 5. Snyder formulano un'ipotesi sulla formazione dei buchi neri.

Prefazione 2005

MOLTE INCERTEZZE, CHISSA', POCHE VERITA'...... Perchè questo spazio dedicato ai viaggi nel tempo, vi chiederete, ma nel tempo è impossibile viaggiare,direte voi, no,almeno in teoria sembra che sia stato dimostrato da alcuni luminari della scienza. Mentre in pratica ,chissà, sembra tutt'ora impossibile, buona lettura.... _______________

Planck, Max (Kiel 1858 - Gottinga 1947) Fisico tedesco, considerato il padre della teoria quantistica. Conclusi gli studi presso le università di Monaco e di Berlino, ottenne nel 1885 la cattedra di fisica all'Università di Kiel. Dal 1889 al 1928 lavorò all'Università di Berlino proseguendo l'attività didattica e di ricerca. Nel 1900, durante le sue ricerche sulla radiazione emessa dal corpo nero, una superficie ideale che assorbe tutta l'energia incidente, egli avanzò l'ipotesi che l'energia venisse irraggiata in quantità discrete che chiamò quanti. La legge di Planck afferma che l'energia di un singolo quanto è uguale alla frequenza della radiazione moltiplicata per una costante universale, nota come costante di Planck. Benché effettivamente rivoluzionaria, la teoria proposta, che era formulata su basi empiriche e matematiche, fu considerata un'ipotesi ad hoc per spiegare fenomeni di difficile interpretazione e non ottenne il riconoscimento che meritava. Il valore dell'ipotesi di Planck fu reso evidente dall'attività di Einstein che, nell'ambito della spiegazione dell'effetto fotoelettrico, riprese il concetto di quanto e ne diede una definizione in termini fisici. La teoria di Bohr sulla struttura atomica fu al contempo un ulteriore sviluppo e una conferma dell'ipotesi dei quanti, che deve dunque essere considerata una tappa fondamentale nella storia della fisica moderna. Essa infatti segnò la crisi della fisica classica e la nascita della meccanica quantistica. L'attività di ricerca di Planck fu premiata con vari riconoscimenti, tra i quali il premio Nobel per la fisica che gli fu assegnato nel 1918. Nel 1930 Planck venne eletto presidente dell'Istituto Kaiser Wilhelm per lo sviluppo della scienza, la principale associazione degli scienziati tedeschi, che più tardi prese il nome di Istituto Max Planck. Per aver apertamente criticato il regime nazista, Planck fu però espulso dall'Istituto, del quale assunse nuovamente la direzione al termine della seconda guerra mondiale.